第7章过程通道总结
chap7设备管理
一、 设备类型 1．按操作特性分类 按这种方法可把外部设备分为存储设备和输入/输出（I/O）
设备。 2．按传输的信息特点分类 按这种方法可将外部设备分为字符设备和块设备。 3．按系统和用户的观点分类 按这种观点可将外部设备分为系统设备和用户设 备两种。 4． 这种分类方式可将I/O (1)独占设备 (2) 共享设备 (3) 虚拟设备
.
第七章 设备管理
二、 设备管理的任务和功能
1．设备管理的任务 提高设备的利用率 设备独立性 字符编码的独立性 设备处理的一致性
2．设备管理的功能 （1）监视系统中所有设备的状态。 （2）设备分配。 （3）设备控制是设备管理的另一功能，它包括 设备驱动和设备中断处理，具体的工作过程是 在设备处理的程序中发出驱动某设备工作的I/O 指令后，再执行相应的中断处理。
.
第七章 设备管理
二、 输入/输出控制方式
1、 程序直接控制方式 程序直接控制方式是指由程序直接控制内 存或CPU和外围设备之间进行信息传送的 方式。通常又称为“忙—等”方式或循环 测试方式。 在数据传送过程中，必不可少的一个硬件 设备是I/O控制器，它是操作系统软件和硬 件设备之间的接口，它接收CPU的命令， 并控制I/O设备进行实际的操作。
中断机构， 使I/O设备无法向CPU报告它已完成了一个字符
的输入操作。
பைடு நூலகம்
缺点:
处理机与设备串行工作;
消耗大量处理机时间.
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第七章 设备管理
2、中断驱动方式 在 I/O 设 备 输 入 每 个 数 据 的 过 程 中 ， 由 于 无 须 CPU 干 预 ， 因 而 可 使 CPU与I/O设备并行工作。仅当输完一个数据时，才需CPU花费极短 的时间去做些中断处理。可见，这样可使CPU和I/O设备都处于忙碌 状态，从而提高了整个系统的资源利用率及吞吐量。例如，从终端 输入一个字符的时间约为100 ms， 而将字符送入终端缓冲区的时间 小于 0.1 ms。 若采用程序I/O方式，CPU约有 99.9 ms的时间处于忙— 等待中。 采用中断驱动方式后，CPU可利用这 99.9 ms的时间去做其 它事情，而仅用 0.1 ms的时间来处理由控制器发来的中断请求。 可 见，中断驱动方式可以成百倍地提高CPU的利用率。
计算机网络各章节总结
计算机网络各章节总结
计算机网络各章节总结思维导图（物理层、数据链路层、网络层、传输层）_编程设计_IT干货网
物理层：
物理层是计算机网络的最底层，主要负责将数字信号转换为物理信号，以便在物理媒介上传输。
物理层的主要任务包括：数据的传输、数据的编码、数据的调制和解调、数据的传输介质等。
数据链路层：
数据链路层是计算机网络的第二层，主要负责将物理层传输的比特流转换为数据帧，并在相邻节点之间传输。
数据链路层的主要任务包括：数据的分组和组装、差错检测和纠正、流量控制和访问控制等。
网络层：
网络层是计算机网络的第三层，主要负责将数据链路层传输的数据帧转换为数据包，并在不同网络之间进行路由选择。
网络层的主要任务包括：数据的分组和组装、差错检测和纠正、路由选择和转发等。
传输层：
传输层是计算机网络的第四层，主要负责在端到端的通信中提供可靠的数据传输服务。
传输层的主要任务包括：数据的分段和组装、差错检测和纠正、流量控制和拥塞控制等。
总体来说，计算机网络的各层之间相互协作，共同完成数据的传输和处理。
物理层负责将数字信号转换为物理信号，数据链路层负责将物理层传输的比特流转换为数据帧并进行差错检测和流量控制，网络层负责将数据链路层传输的数据包进行路由选择和转发，传输层负责在端到端的通信中提供可靠的数据传输服务。
计算机控制技术总结
模拟地和数字地的连接
由于计算机控制系统中的“地”有多种， 故接地线主要分为以下几类：模拟地、数
字地、安全地、系统地、交流地。
模拟地是系统中的传感器、变送器、放大 器、A／D和D／A转换器中模拟电路的零电位。 由于模拟信号往往有精度要求，有时信号比较 小且直接与生产现场相连接，所以必须认真地 对待。 数字地，也叫逻辑地，是计算机中各种数 字电路的零电位，为避免对模拟信号造成数字 脉冲的干扰，数字地应与模拟地分开。 安全地又称为保护地或机壳地，其目的是 让设备机壳(包括机架、外壳、屏蔽罩等)与大 地等电位，以免因机壳带电而影响人身及设备 安全。
理想的多路开关其开路电阻为 无穷大，其接通时的导通电阻为零。 此外，还希望切换 速度快、噪音 小、寿命长、工作可靠。
由于通用数据采集系统均支持多个模拟通道， 但是因为每个模拟通道不一致，所以需要引 入可编程放大器 。可编程放大器的放大倍 数随时可由一组数字序列控制，这样，在MUX 改变其通道序号时，放大电路也由相应的一 组数字序列控制改变放大倍数，即为每个模 拟 通 道 提 供 最 合 适 的 放 大 倍 数 。
一般情况下，被测信号的变化比较缓慢， 而串模干扰信号的主要成分是50Hz的工频和特 殊的高次谐波，且通过电磁耦合和漏电等传输 形式叠加到信号或引线上形成干扰。
共模干扰产生的主要原因是不同
“地”之间存在共模电压以及模 拟信号系统对地存在漏阻抗。共模
干扰通过过程通道串入主机。
计算机系统接地的目的有两个： 一是抑制干扰，使计算机稳定地工作； 二是保护计算机、电器设备和操作人 员的安全。
模糊控制向量的模糊判决－“清晰化”
模糊决策包含两个步骤
– 先由控制量的模糊集C判决出模糊论域元素z*；
计算机控制系统——过程通道技术_6
§2.1 概述 §2.2 通道接口技术 §2.3 数字量输入通道 §2.4 数字量输出通道 §2.5 模拟量输入通道 §2.6 模拟量输出通道 要点总结
§2.6 模拟量输出通道
§2.6.1 模拟量输出通道的结构 §2.6.2 D/A转换技术 转换技术
§2.6.1 模拟量输出通道的结构
一个实际的计算机控制系统中， 一个实际的计算机控制系统中，往往需要多路的模 拟量输出， 拟量输出，其实现方法有两种 。 1、数字保持式结构：一个通路一个D/A转换器，CPU 、数字保持式结构：一个通路一个 转换器， 转换器 之间通过独立的接口缓冲器传送信息。 与D/A 之间通过独立的接口缓冲器传送信息。如图所示 特点：速度快，精度高，可靠，互不影响； 特点：速度快，精度高，可靠，互不影响；D/A多。 多
2、倒T型网络 、 型网络D/A转换原理 型网络 转换原理
I 2n
§2.6.2 D/A转换技术 转换技术
2、倒T型网络 、 型网络D/A转换原理 型网络 转换原理
Di=1，Si将电阻接到运放反向输入端；Di=0， Si将i将 电阻接到运放同向输入端；都是虚地，各支路电流不 会变化； 流入2R支路的电流是以2的倍速递减；
要点总结
过程通道的概念及组成； 编址方式的种类和特点； 常用的地址译码方法，重点理解译码器译码的设计方法； 总线接口常用芯片的使用； 数字量输入通道的结构，并了解其信号调理方式； 数字量输出通道的结构，并了解其输出调理电路设计； 模拟量输入通道的结构，常见到信号处理形式； 了解信号放大，I/V变换的种类以及原理； 理解采样保持的使用以及采样/保持器的概念和作用；
要点总结
逐次逼近式和双积分式A/D转换的原理； A/D转换器的技术指标； A/D转换器与计算机的接口方法； 模拟量输出通道的一般结构和特点； 权电阻和倒T型网络D/A转换器原理； D/A转换器的技术指标； DAC0832与CPU的接口方法及输出极性的变换；
《过程通道》PPT课件
C与CH有经验公式
tAC=CH/40
式中，CH为保持电容的容量，单位为μF；tAC为采样
时间，单位为s。
三、模拟信号的调理
在计算机控制系统中，模拟量输入信号类型： 传感器输出的信号
① 电压信号：一般为mV或μV信号。 ② 电阻信号：单位为Ω，如热电阻（RTD）信号， 通过电桥转换成mV信号。 ③ 电流信号：一般为mA或μA信号。
多路开关实例：CD4051
•CD4051是8通道多路 开关 •带有3个通道选择输 入端A、B、C，用于选 择8个通道之一 •一个禁止输入端INH， 高电平时，禁止模拟 信号输入；低电平时 允许模拟信号输入
VDD与VSS的电平差为 －0.5 ~15V
CD4051的真值表
输入状态
ＩＮＨ Ｃ
Ｂ
０
０
０
０
（以直流电桥为例） 直流电桥的平衡条件
R1R3 R2 R4
Uo
Uab
U ad
( R1 R1 R2
R4 )U R3 R4
R1R3 R2R4 U (R1 R2 )(R3 R4 )
设：热电阻：R1 R0 (t)t
3.2 运算放大器
运算放大器本质上是一个高增益的负反馈 直流放大器。加上外部反馈网络可以实现加、减、 乘、除、微分和积分等数学运算，还可以与其它外 设电路组成测试系统中常用的差动放大器、电桥放 大器、电荷放大器、压频变换器、有源滤波器以及 交流放大器等测试装置。
的导通电阻应为零，切换速度快、噪声小、寿命长、
工作可靠。 实际多路开关性能：导通电阻10几欧，开关速度几百
纳秒
多类开关的分类： 1) 单向多路开关(1对多或多对1)，如AD7501（8路）、 AD8506(16路)； 2) 双向多路开关（1对多且多对1），如CD4051； 3）矩阵多路开关（多对多），如MT8816；
过程通道的主要任务是将生产过程中的各种参数和状态通过检测器件转换成计算机所能接受的信息送入计算机
1计算机控制系统：是利用计算机的硬件和软件带头了自动控制系统的控制器，以自动控制技术，计算机技术，检测技术，计算机通信与网络技术为基础，利用计算机快速强大的数值计算，逻辑判断等信息加工能力，使得计算机控制系统除了可以实现常规控制策略之外，还可以实现复杂控制策略和其他辅助功能。
2自动控制系统通常由被控对象，检测传感装置，控制器等组成。
控制器既可以由模拟控制器构成，也可以由数字控制器构成，数字控制器大多是用计算机实现的。
计算机控制系统：指的是采用了数字控制器的自动控制系统，属于离散控制系统。
3计算机控制系统包括控制计算机(硬件，软件，网络)和生产过程（被控对象，检测传感器，执行机构）两大部分。
4计算机控制系统执行控制程序的过程：实时数据采集；实时计算；实时控制；实时管理5计算机控制系统的性能分析和要求与联系控制系统相似，可用系统的稳定性，能控性，能观性，动态特性级稳态特征来表征，衡量系统优劣的指标同城用稳定裕量，动态指标，稳态指标和综合指标等。
6 稳定性是对控制系统最基本的要求。
通常采用控制理论中的离散系统稳定性分析方法来分析计算机控制系统的稳定性，用稳定裕量（即相角裕量和幅值裕量）来衡量计算机控制系统的稳定性。
7稳态指标是控制系统控制精度和抗干扰能力的一种量度，常用稳态误差来表征。
表示系统的稳态输出量与期望值之间的差值，希望稳态误差e ss越小越好。
8动态指标能够比较直观地反映控制系统的固定性特征。
常用时域指标有：延迟时间，上升时间，峰值时间，调节时间和超调量。
9在控制理论中，经常使用综合性指标来衡量控制系统的性能。
10过程通道的主要任务：过程通道起到了CPU和被控对象之间的信息传送和变换的桥梁作用。
过程通道包括：模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道、数字量输出通道。
11模拟量输入通道作用：完成模拟量的采集并转换成数字量送入计算机。
12采样保持器的作用：为了保证转换精度，使得在A|D转换期间输入模拟信号保持不变，减小转换误差。
过程通道的组成和功能
过程通道的组成和功能摘要: 如果是要控制的是数字量(例如开关的开或关，只有两种状态，可以用”0”或”1”表示)，则不需要进行模拟量与数字量的这种转换，但是为了数据的正常传输，还是需要通道来进行信号的传送。
所以对于一个计算机控制系统，在生产过程...如果是要控制的是数字量(例如开关的开或关，只有两种状态，可以用”0”或”1”表示)，则不需要进行模拟量与数字量的这种转换，但是为了数据的正常传输，还是需要通道来进行信号的传送。
所以对于一个计算机控制系统，在生产过程与计算机之间必须设置用来进行信号传送（和转换）的一个通道，这个通道成为过程通道，或IO 通道，即Input（输入）output（输出）通道。
所以我们对这一章介绍的过程通道的定义为：过程通道：计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道。
（AI、AO、DI、DO）图1 计算机控制系统硬件组成图根据传送的数据不同，可分为模拟量输入（AI）通道、模拟量输出（AO）通道、数字量输入通道、数字量输出通道。
1.数字量输入（DI）通道：把从控制对象检测得到的数字码、开关量、脉冲量或中断请求信号等数字量（因其可用“0”或“1”表示）经过输入缓冲器在接口的控制下送给计算机(检测通道)，其中输入缓冲器的作用是让从生产过程传送过来的信号排一下队，因为计算机可能在做其它的工作（例如在读取其它回路的测量数据），所以需要暂时等待。
当计算机想读这一路数据时，计算机发出信号，将数据读入计算机数据总线。
图2 数字量输入通道2.数字量输出（DO）通道：把从计算机输出的数字信号通过接口输出数字信号、脉冲信号或开关信号(控制通道，电磁阀)图3 数字量输出通道输出时通常要经过输出锁存器，输出锁存器的作用是：计算机将控制量送过来之后，输出锁存器的输出跟随输入。
然后这个数据会一直保持在它的输出端（上图中锁存器的右端），而不再随PC 数据线上的值变化。
这样尽管计算机已经改变了数据总线上的数据(例如向其它回路传送控制量)，但是这一路上的控制量仍然维持在原来的值上，供执行机构适用使用。
总线接口与过程通道
• 总线接口概述 • 过程通道概述 • 总线接口与过程通道的关系 • 总线接口与过程通道的发展趋势 • 总线接口与过程通道的案例分析
01
总线接口概述
总线接口定义
01
总线接口是一种连接设备或模块 的通信方式，用于实现不同设备 或模块之间的数据传输和控制。
02
它是一种标准化的接口规范，使 得不同的设备或模块能够相互通 信和协作。
软件协议
规定数据传输过程中的控制方式和通 信规则，以确保数据传输的可靠性和 正确性。
数据传输效率
带宽
总线的带宽决定了数据传输的速度，带宽越大，数据传输速 度越快。
延迟
数据从发送端到接收端所需的时间，延迟越小，数据传输效 率越高。
04
总线接口与过程通道的发展趋势
总线接口的发展趋势
标准化
随着技术的不断发展，总 线接口的标准化程度越来 越高，不同厂商之间的兼 容性也越来越好。
过程通道的特性
高速传输
可靠性高
灵活性好
过程通道能够实现高速 数据传输，满足实时性
要求高的应用场景。
过程通道采用可靠的信 号传输协议，能够保证 数据的完整性和准确性。
过程通道可以连接不同 类型的设备，支持多种 数据格式和传输方式。
实时性强
过程通道能够提供实时 数据传输服务，满足工 业控制、自动化等领域
的需求。
过程通道的应用场景
工业自动化
在工业自动化系统中，过程通道 用于连接各种传感器、执行器、 控制器等设备，实现实时数据采 集、控制和监控。
智能交通
在智能交通系统中，过程通道用 于车辆与交通信号灯、监控摄像 头等设备之间的通信，实现交通 流量的实时监控和调度。
过程通道实验心得体会
There's only one corner of the universe you can be sure of improving, and that's your own self.整合汇编简单易用（页眉可删）过程通道实验心得体会过程通道实验心得体会11、准备越充分，实验越顺利。
古人云，磨刀不误砍柴工。
前期的知识储备、文献储备、材料准备、方法准备可以避免手忙脚乱，充分的预实验使你充满信心。
一步一个脚印，就不必“从头再来”。
最不能容忍的是在开始的几步偷懒，造成后面总有一些无法排除的障碍。
2、交流是最好的老师做实验遇到困难是家常便饭。
你的第一反应是什么?反复尝试?放弃?看书?这些做法都有道理，但首先应该想到的是交流。
对有身份的人，私下的请教体现你对他的尊重;对同年资的人，公开的讨论可以使大家畅所欲言，而且出言谨慎。
千万不能闭门造车。
一个实验折腾半年，后来别人告诉你那是死路，岂不冤大头?3、一半时间做实验，一半时间看文献。
千万不能把时间全部消耗在实验台上。
看文献、看书、看别人的操作、听别人的经验、研究别人的思路，边做边思考。
要学会比较，不要盲从。
否则，会被一些小小的问题困扰许久。
4、记录真实详尽。
人总是有一点虚荣心的。
只把成功的步骤或漂亮的结果记到实验记录里，是很多人的做法。
殊不知，许多宝贵经验和意外发现就这样与你擦肩而过。
客观、真实、详尽的记录是一笔宝贵的财富。
5、把握心理优势。
做过实验的人都经历过失败和挫折。
有些失败应当在预实验阶段发生，你这时能坦然接受。
假如不做预实验，在正式的实验中遇到，你的挫折感就很明显。
假如你因为赶时间而误操作，你会沮丧。
假如你能因为目前心浮气燥而果断地放一放，就可以避免悲剧的发生。
假如你早上进入实验室之前还不知道今天要干什么，你最好想好了再去。
最大的错误是重复犯同样的错误。
记住，屡教不改者不适合做实验。
过程通道实验心得体会2在做测试技术的实验前，我以为不会难做，就像以前做物理实验一样，做完实验，然后两下子就将实验报告做完。
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VLSB＝（1/256）×5V＝0.02V
VREF DI Rfb
Iout1
Iout2
AGND
R2（2R）R3（2R）
_ A1
+
R1（R） _
Vout1
A2
+
Vout2
双极性电压输出
Vout2＝[（D－27）/27）]×VREF
设 VREF＝5V D＝FFH＝255时，最大输出电压： Vmax＝[（255－128）/128]×5V＝4.96V D＝00H时，最小输出电压： Vmin＝[（0－128）/128]×5V＝－5V D＝81H＝129时，一个最低有效位电压： VLSB＝[（129－128/128]×5V＝0.04V
▪ D0～D7 ：8位数据输入端，通常与CPU数据总线相连，用 于接收待转换的数字量。
▪ ILE ：输入寄存器锁存允许信号，高电平有效。
▪ CS ：芯片选择信号，低电平有效。
▪ WR1 ：输入寄存器写控制信号，低电平有效。
▪ WR2
：DAC寄存器写控制信号，低电平有效。
▪ XFER ：数据传输控制信号，低电平有效。
2）根据输出端是串口还是并口，可以分为串行输出型和并 行输出型。
3）根据内部是否有锁存器，可以分为无锁存器型和带锁存 器型。
4）根据能否进行乘法运算，可以分为乘算型和非乘算型。
7.2.1 DAC的性能指标
1. 分辨率：是D/A转换器对输入量变化敏感程度的描述。 2. 转换精度：实际模拟输出和理论值的接近程度。 3. 非线性误差 ：是指实际转换特性曲线与理想转换特性
计
算 机 输 出
数 字 量
的
输出驱动
输出信息 种类
阀门的开、关，触点的通、
断，电机的启、停等
开关量
数字量（数字设备）
数字量
执行器（电动、气动、液 压执行器械）
电压或 电流
通道类型
数字量 输出通道
模拟量 输出通道
7.1.1 模拟量输入通道的结构
输入通道的一般结构： 1、并行转换结构
来 自
采样/保持器
A
Iout2
＋
WR
WR1
WR2
锯齿波程序：
ORG 0100H
MOV
R0，#0FEH ；输入寄存器地址
CLR
A
；转换初值
LOOP： MOVX @R0，A ；D/A转换
INC A
；转换值增量NOP来自；延时NOPNOP
SJMP LOOP
END
三角波程序：
ORG 0100H
MOV R0，#0FEH
CLR A
3 DAC0832 的工作方式及与MCS-51的 接口
工作方式：直通、单缓冲、双缓冲
例：根据下图分别输出锯齿波、三角波及方波信号。 设选通地址为FEH。
DAC0832
ALE P0
锁
译
VREF
+5V
存 器
码 器
FEH CS
MCS-51 单
XFER
Vout
+5V
Rfb
片
ILE
机
Iout1
－_
D0～D7
▪ Vcc ：芯片工作电源。
▪ DGND ：模拟信号地。
▪ AGND ：数字信号地。
2 DAC0832的输出方式
VREF Rfb
DI Iout1
Iout2
AGND
_
A
+
Vout
单极性电压输出
Vout＝－Iout1×Rfb ＝－（D/28）×VREF
设 VREF＝－5V D＝FFH＝255时，最大输出电压： Vmax＝（255/256）×5V＝4.98V D＝00H时，最小输出电压： Vmin＝（0/256）×5V＝0V D＝01H时，一个最低有效位（LSB）电
隔离 隔离
放大 转换
执行器
放大 转换
执行器
2、多通道共享D/A转换形式
CPU
保持器
I/O 接口 电路
D/A转换
多路 开关
保持器
7.2 模拟量输出通道接口技术
D/A转换器是模拟量输出通道的主要组成部分，完成数字 量到模拟量的转换。 D/A转换器一般可分类如下：
1）根据输出是电流还是电压，可以分为电压输出型和电流 输出型。
典型的单片机测控系统硬件组成框图
输入/输出通道
通
单
接口
A\D
用
片
多路开关
传感器变送器
生
产
设
外
计
接口
D\A
反多路开关
执行机构
备
设
算
机
接口
开关量输入
或 过
程
接口
开关量输出
7.1 输入/输出通道的结构
输入/输出信号一般有两种类型：一种是随时间 连续变化的物理量，称为模拟信号；一种是只有开 和关(或1和0)两种状态的量，称为开关量。因此计 算机控制系统中，输入/输出通道分模拟量通道和数 字量通道两类。
；置下降段初值
DOWN：MOVX @R0，A ；线性下降段
INC A
JNZ DOWN MOV A，#0FEH UP：MOVX @R0，A
第七章 过程通道
概述
在计算机控制系统中，为了实现对生产过程的 控制，必须把现场的各种测试参数，如T、P、F等连 续变化的物理量或开关量，转换为计算机可识别的 数字量输入到计算机进行数据处理。处理结果又必 须转换为电压或电流 ，以推动执行机构工作。因此 在计算机和生产过程之间，必须设置信息传递和变 换装置，这个装置称为过程输入/输出通道。
▪ VREF：参考电压输入，要求外部接一个精密的电源，电压范 围：-10V～+10V。
▪ Rfb ：内部反馈电阻引出端，可以直接连接外部运算放大器的 输出端。
▪ Iout1 ：模拟电流输出端1，当输入数据为全1时，输出电流 最大；当输入数据为全0时，输出电流为0。
▪ Iout2 ：模拟电流输出端2，与Iout1之和为常数。
现
场
的
信 号
采样/保持器
A/D 转换
A/D 转换
I/O 接口 电路
CPU
2、共享转换结构
信号处理 信号处理
信号处理
多 放大器 路 开 关
S/H
A/D
逻辑控制
I/O 接口 电路
CPU
7.1.2 模拟量输出通道结构
输出通道的一般结构： 1、多通道独立D/A转换形式
CPU
I/O 接口 电路
D/A转换 D/A转换
曲线之间的最大偏差。
4. 建立时间：建立时间是描述D/A转换速率快慢的一个 重要参数。
7.2.2并行DAC及接口技术
DI0～DI7 ILE
输入
DAC
D/A
寄
寄
转
存
存
换
器
器
器
LE1
LE2
CS WR1 WR2 XFER
DAC0832
VREF Rfb Iout1 Iout2 AGND
Vcc DGND
1 引脚说明：
信息种类
信息来源
通道类型
开关量输入
阀门的开、关，接点的通、断， 电平的高、低
数字量 数据数码 各类数字传感器、控制器等 脉冲量输入 长度、转速、流量测定转换等
数字量输入通 道
中断输入 操作人员请求、过程报警等
模拟量 电流信号 压力、温度、液位、湿度、速 模拟量输入通
电压信号 度、质量、位移等
道
信息 来源